南極大陸は、単なる広大な氷河の塊ではなく、広大な氷河、ギザギザの岩盤、そして新たな研究で明らかになったように、大量の地下水からなる地質学的に複雑な大陸です。本日、サイエンス誌に掲載された論文によると、西南極大陸の地下には、大陸の氷河流を左右する可能性のある厚い地下水層が存在することが示唆されています。この研究に携わった研究者たちは、これが南極大陸の地下に眠る複数の広大な地下水貯留層の一つである可能性があると考えています。
スクリプス海洋研究所のポスドク研究員であるクロエ・グスタフソン率いるチームは、2018年末に西南極大陸を訪れた。バックアップの無い危険な遠征となる僻地でのフィールドワークに着手する前に、彼らは南極ロス島にある米国の研究拠点、マクマード基地で2週間の準備期間を過ごした。「シーズンのピーク時には1000人もの人が住んでいて、まるで小さな町のようです」とグスタフソンは電話で語った。「皆が食事をするギャレー（調理室）があり、寮、ジム、そしてバーもいくつかあります」
テント、寝袋、食料、その他必要な物資をすべて集めただけでなく、登山家からスノーモービルの運転、雪上にシェルターを掘り、テントを張る方法の訓練も受けました。しばらく荒天を待った後、グスタフソン氏、コロンビア大学ラモント・ドハティ地球観測所のケリー・キー氏、コロラド鉱山学校のマシュー・ジークフリード氏、そして登山家のメーガン・ザイファートの4人は、西南極氷床のウィランズ氷河というフィールド地点へと飛行機で移動しました。
氷流は氷床内を比較的速く移動する流れです。南極では1日に最大6フィート（約1.8メートル）の速度で移動し、南極大陸から流出する氷の90%を占めています。研究者らがウィランズ氷河を研究対象に選んだのは、既にそこで収集されているデータがあったためです。2007年、このプロジェクトのもう一人の共同研究者であるヘレン・フリッカーは、衛星画像で氷河下湖系を観測しました。その後10年間、研究者らは地震学と掘削調査によって、ウィランズ氷河の下に実際に湖があることを確認しました。「これは非常に興味深い発見でした。私たちは次のステップに進み、より深いところで何が起こっているのかを調べたいと考えました」とグスタフソン氏は言います。「地下水はあるのでしょうか？」
ウィランズ氷河に関するこれまでの研究のほとんどは、浅い掘削によって氷の下に液体の水が存在することを確認することに焦点が当てられていましたが、グスタフソン氏と彼女のチームは、この氷河下の地下水が実際にはどのようなものなのかを知りたいと考えました。短い調査期間という制約から、彼らはより効率的な方法を必要とし、マグネトテルリクス（磁気地磁気測定）に落ち着きました。これは受動的な地球物理学的手法であり、グスタフソン氏はこれを基本的に「地球のMRIを行う」と表現しました。マグネトテルリクスは、太陽風による地球の電離層の励起を利用します。この励起によって電磁波が生成され、グスタフソン氏と彼女のチームはそれを記録しました。この電磁波は、媒質に応じてさまざまな方法で地球の地下を伝わります。
「こうした電磁場の測定から、これは氷から来ている信号、これは塩水から来ている信号、これは淡水から来ている信号だと解明し始めることができます」とグスタフソン氏は説明した。
チームは8台の受信機を雪の中に30センチほど埋め、24時間かけて電磁信号を収集した。1日経つごとに受信機を掘り出し、数キロ離れた場所に移動させる。この作業を6週間にわたって繰り返した。
これらのデータをすべてまとめると、重要な発見が導き出されました。ウィランズ氷河の下にある堆積物は水で満たされていたのです。これは、南極大陸がかつて外洋であった数百万年前に堆積した海洋堆積物です。研究チームは画像化によって、堆積物の厚さが0.5キロメートル（約1,600フィート）から2キロメートル（1マイル以上）に及ぶことを発見しました。そして、数百メートルの厚さの淡水層（氷河の自然融解によって生じた）の下に、深くなるにつれて塩分濃度が増す水柱が存在することを突き止めました。
「この塩分を多く含む地下水の一部は、堆積物が最初に堆積した際の残余物である可能性があります」とグスタフソン氏は提言した。「しかし、地下水に含まれる塩分の一部は、氷床が成長し、その後再び後退し、海水が流入した時期に由来している可能性もあります。」
これまではすべて仮説だったが、研究者らはマグネトテルリック法を使って実際に氷河下の地下水を画像化したのは初めてだと述べている。
「科学界は、西南極氷床の大部分の地下に厚い海洋堆積層があることを以前から認識していましたが、深層地下水が氷床にどのような影響を与えているかについては、あまり分かっていませんでした。今回の研究では、深層地下水は塩分を帯びていることが示されています」と、ポール・クリストファーセン氏はメールで述べています。新論文を「興味深い」と評したクリストファーセン氏は、ケンブリッジ大学スコット極地研究所の氷河学者であり、このプロジェクトには関与していません。彼は続けて、「今回の研究は、氷床底部の融解によって生じた淡水が、氷床形成以来、地下水系に数百メートル浸透していること、そして塩分や溶質も氷床の基底排水系に流入した可能性が高いことを示しています」と述べています。
氷河の下にある地下水は、氷河が海へと氷を運ぶ過程において重要な役割を果たしている可能性がある。「氷河は滑り台のようなものだと例えることができます」とグスタフソン氏は述べた。「滑り台に水があれば、かなり速く滑ることができます。しかし、水が少なかったり、全くなかったりすると、それほど遠くまで滑ることはできません。」
ワシントン大学環境学部のブラッド・リポフスキー氏もグスタフソン氏の説明に同意した。彼は電話でこう語った。「氷河の真下数メートルでは、そこにある性質が氷の流れの速さを直接的に左右します。氷河が湿った粘土の塊の上にある場合、滑りやすくなり、氷の流れが速くなります。」
これらの発見は、南極大陸の他の地域にも潜在的な影響を及ぼす可能性があります。グスタフソン氏は、南極大陸全域の氷河流の下には、氷河下地下水の様々な塊が存在する可能性があると述べました。「南極大陸周辺の観測結果から、これらの堆積物が（他の）氷河流の下にも存在する可能性が示唆されています」と彼女は述べました。「これらの帯水層は南極大陸全体に広く見られる特徴であると私は確信しています。」
氷河は地球のわずか10%を覆っていますが、南極の氷河はその85%を占めています。この地下水の挙動次第で、氷が海に流れ込む速度は変化します。研究者らは、システムが安定している場合には、より多くの融解水が堆積物に浸透するにつれて、地下水が南極海に流れ込むと示唆しています。しかし、気候変動による気温上昇で氷流の質量が減少すると、その下にある堆積物への圧力が低下し、より多くの地下水が地表に上昇する可能性があります。その結果、氷流の底部がさらに潤滑され、速度が上昇し、南極大陸の氷床の将来が脅かされる可能性があります。
